試論淺層氣地層鉆井技術

摘要：由于淺層氣所處地層較淺，而淺層氣在形成過程中往往伴隨壓力異常，一旦鉆開淺層氣地層，往往會產生溢流，由于井較淺，氣體到達井口時間很短，如果不及時處理，繼而會引發井噴，導致人員傷亡和設備的損失，甚至引起地面塌陷，如果是海上鉆井，將導致海水密度降低，浮力減小，威脅鉆井船的安全。本文主要通過淺層氣的成因及特點的分析介紹應對淺層氣的措施以及輔助設備，使淺層氣變得可控，避免人身和設備的損失。

關鍵詞：淺層氣；底層；鉆井技術

淺層氣一般存在于大空隙，高滲透率的砂巖中，這些砂巖被滲透率很低甚至非滲透的泥巖或者頁巖圈閉，在沉積過程中，砂巖里面的氣體由于泥巖或頁巖的圈閉無法釋放，隨著沉積的進行，圈閉氣體的壓力越來越大，直到沉積過程結束，淺層氣能量的大小取決于圈閉壓力的大小以及圈閉氣體的總量。圈閉壓力越大，圈閉氣體越多，其能量就越大，處理起來越困難。

淺層氣如果發生井噴損失往往很大，氣體攜帶著泥砂高速噴出，很容易與井架摩擦產生火花，導致井架燒毀，隨著氣體能量的枯竭，泥砂的噴出，甚至會引起地面下沉，對于海上的鉆井船，如果大量的氣體從海底噴出，會導致海水密度降低，引起鉆井船浮力減少，鉆井船將會有沉沒的風險。

淺層氣鉆井具有以下特點：

（1）埋藏深度淺。

（2）地層極為松散，地層承壓能力弱，極易漏失。

（3）淺層氣發生的突然性，即從預兆至發生所用的時間短暫。

因為淺層氣埋深較淺，所以在鉆井過程中，只有可能一開或者二開過程中遇到淺層氣，下面就一開鉆遇淺層氣和二開鉆遇淺層氣兩種情況分析可采用的鉆井技術。

如果一開就會鉆遇淺層氣，就要非常小心，因為此時沒有循環通道和井控設備，所以檢測和控制就相對困難。

淺層氣的破壞性主要來自它的壓力和總氣量，當鉆遇淺層氣時，首先可以考慮通過改變氣體單位時間噴出數量來減少淺層氣的危害，即需要我們先鉆一個小井眼，就是所謂的領眼，氣層暴露面積減少，氣體的噴出量自然會減少，一般選擇8.5\"井眼作為領眼，一開存在淺層氣需采用以下措施：

（1）鉆具組合一般為：8.5\"鉆頭+8\"浮閥+8\"鉆鋌6根+X/O+5\"加重鉆桿，因為這種組合環空間隙小，大排量循環排氣時，環空壓耗大，有利于井底壓力的提高，另外一方面，替入重鉆井液時，重鉆井液可以很快填充整個井眼。

（2）要嚴格控制鉆進速度，以防止氣層揭開深度過大，推薦機械鉆速不要超過20m/hr，鉆進過程中，一旦發現機械鉆速突然增加，要馬上停止鉆進，循環觀察，無異常后方可繼續鉆進；

（3）鉆遇淺層氣后，立即停止鉆進，以最大泵速循環鉆井液或者清水來排氣，讓氣層能量慢慢釋放。

（4）當感覺氣層能量明顯減小時，以最大泵速泵入適當比重的重鉆井液，如果泵入速度太慢，泵入的重鉆井液會氣侵嚴重，效果大大降低，因為表層破裂壓力很低，所以推薦重鉆井液的密度為1.2g/cm3，替入重鉆井液后停泵觀察，如果無異常，就可以進行下一步操作，如果依然有溢流或者大量氣體涌出，繼續用清水大排量循環排氣，重復這個操作，直到氣層能量枯竭為止。

第二種情況是二開鉆遇淺層氣，此時鉆井液循環通道已經建立，井控設備也已經安裝，所以淺層氣的檢測和控制就相對容易一點，分流系統就是針對淺層氣的井控裝置，分流系統由分流器、分流四通和分流管線組成，其中分流器可以是特制的，也可以用低壓大通徑的環形防噴器來代替，利用液壓防噴器控制系統提高的高壓油可以封閉方鉆桿，鉆桿，鉆桿接頭，鉆鋌，套管等各種形狀和尺寸的管柱，同時分流井內流體，分流系統不是用來關井憋壓的，而是按預先鋪設的分流管線將井內流體從井場引至安全距離之外，使井內流體回壓最低，利于井眼和設備的安全。分流器一般選擇標準規范29.5\"的分流器，其通徑為29.5\"，額定工作壓力為3.5MPa，雙導流管線，導流管線內徑至少為8\"，以減少分流時產生的回壓。

二開存在淺層氣時需采用以下措施：

（1）二開鉆遇淺層氣同樣需要鉆領眼，領眼鉆具組合和一開相同。

（2）在即將鉆至淺層氣前，將鉆井液比重調高到1.1g/cm3來增加井底壓力。

（3）控制鉆進速度，推薦機械鉆速同樣不超過20m/hr。

（4）加強錄井檢測，加強鉆井液性能的監測工作，并隨時觀察鉆井液返出管及循環池氣泡的變化情況，加強地質撈砂工作的力度，及時繪制巖性柱狀圖，以便更好地了解及掌握井下情況。

（5）起下鉆注意事項，起鉆應控制起鉆速度以減少抽吸，做好灌漿記錄，下鉆不宜過快，盡量減少壓力激動，進而減少壓漏地層的風險，為壓井工作順利進行創造良好的條件。

鉆遇淺層氣后，應采取以下措施：

（1）立即停鉆。

（2）迅速將鉆頭提離井底，最好有一個單根的距離。

（3）循環觀察，確認是否淺層氣井涌。

（4） 如果是淺層氣井涌，關閉分流器，同時自動打開導流管。

（5）以最大泵速用鉆井液或清水通過導流管線循環排氣，讓氣層能量慢慢釋放。

（6）當感覺氣層能量明顯減小時，以最大泵速泵入適當比重的重鉆井液，停泵觀察，如果無異常，就可以進行下一步操作，如果依然有溢流或者大量氣體涌出，繼續用清水大排量循環排氣，重復這個操作，直到氣層能量枯竭為止。

綜上所述，淺層氣的特點決定了應對淺層氣的措施，應對淺層氣的主要方法是分流，而且是限量分流，這主要受限于分流器的處理能力以及地層的破裂壓力，所以需要鉆小井眼作為領眼，將淺層氣的能量逐步釋放。

雖然應對淺層氣有一系列措施，但是淺層氣從發現到井噴的時間往往非常短，所以在鉆井施工設計上，盡量避開淺層氣才是最穩妥的辦法。

參考文獻

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